對(duì)于心臟病患者而言，“植入式心臟起搏器”是恢復(fù)正常心律的“救命神器”。植入式生物電子設(shè)備憑借精準(zhǔn)調(diào)控細(xì)胞活動(dòng)的能力，不僅具有修復(fù)心律功能，還廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)、視聽(tīng)功能恢復(fù)及疼痛管理、疾病診斷等領(lǐng)域，為重大疾病的早期干預(yù)、精準(zhǔn)治療和長(zhǎng)期管理提供支撐。
然而長(zhǎng)期以來(lái)，一個(gè)棘手的問(wèn)題困擾著醫(yī)生和患者：植入式設(shè)備電池耗盡后，患者須再次接受手術(shù)更換設(shè)備。這類(lèi)手術(shù)不僅伴隨額外的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)給患者帶來(lái)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，實(shí)現(xiàn)“終身免維護(hù)運(yùn)行”，成為植入式電子設(shè)備領(lǐng)域追求的終極目標(biāo)，而如何滿(mǎn)足終身服務(wù)所需的臨界能量供應(yīng)，是該領(lǐng)域面臨的核心挑戰(zhàn)。
歷經(jīng)近七年聯(lián)合攻關(guān)，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)科大”）、清華大學(xué)、清華大學(xué)北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院、北京大學(xué)、北京大學(xué)第三醫(yī)院、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院等多家單位組成的研究團(tuán)隊(duì)，在該領(lǐng)域取得重要進(jìn)展——成功研發(fā)出膠囊尺寸的微型共生型自供電無(wú)導(dǎo)線(xiàn)心臟起搏器。近日，相關(guān)研究成果刊載于權(quán)威期刊《自然-生物醫(yī)學(xué)工程》上。
這款起搏器的核心創(chuàng)新是集成了高效能量再生模塊：它能通過(guò)電磁感應(yīng)技術(shù)，從心臟自身的跳動(dòng)中捕獲動(dòng)能，并將其轉(zhuǎn)化為電能。測(cè)試顯示，其輸出功率已突破起搏器終身運(yùn)行的臨界能量閾值，可穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)起搏電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)心臟節(jié)律的精準(zhǔn)調(diào)控。同時(shí)，器件采用高度微型化設(shè)計(jì)，兼具優(yōu)異的生物相容性與血液相容性，支持經(jīng)導(dǎo)管微創(chuàng)植入，大幅降低手術(shù)創(chuàng)傷。
此外，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的極簡(jiǎn)磁懸浮能量緩存結(jié)構(gòu)，不僅最大限度減少了能量損耗和機(jī)械摩擦，還實(shí)現(xiàn)了近零啟動(dòng)閾值、高動(dòng)能轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定的心內(nèi)平均輸出功率，同時(shí)簡(jiǎn)化系統(tǒng)復(fù)雜度，提升了設(shè)備的長(zhǎng)效穩(wěn)定性。
在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，這款新型起搏器完成了為期一個(gè)月的自主運(yùn)行測(cè)試。研究人員表示，實(shí)驗(yàn)期間，起搏器能持續(xù)實(shí)現(xiàn)能量自供給，并穩(wěn)定發(fā)揮起搏治療功能，有效調(diào)控實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的心臟節(jié)律，充分驗(yàn)證了其臨床轉(zhuǎn)化可行性。
論文第一作者、國(guó)科大納米科學(xué)與工程學(xué)院副教授歐陽(yáng)涵認(rèn)為，該技術(shù)突破有望將起搏器的使用壽命延長(zhǎng)至與自然心臟一致的水平，有助于解決二次手術(shù)的痛點(diǎn)，為植入式電子器件實(shí)現(xiàn)“終身免維護(hù)”和“人機(jī)共生”開(kāi)辟了全新路徑。
編輯：李華山
